随着人类知识的进步，人类对自然环境的理解以及对自身与自然关系的认识也不断加深和改变。环境知识的生产在很大程度上影响着人类对自然和人工环境的改造。学界传统上认为，作为人类生产生活的中心，城市是一种人工环境，是人类文化的表现和产物，于是将城市与自然相对立。故此，环境史在兴起之初并没有把城市纳入其研究范畴。随着环境史学科的成熟，学者们逐渐意识到城市亦是一个由土壤、水源、空气、动植物及人类等构成的有机体系，这个体系是自然生态系统的一部分，遵循着自然规律，有其兴衰之道。与乡村相比，城市有着更为强烈的人类痕迹，受到更多的“人类事务”的影响和干预。与荒野和乡村环境的形成更多依赖自然生态因素不同，人为因素对19世纪美国城市环境的变迁影响更为巨大。
    美国城市环境的变迁在一定程度上反映了美国环境思想的发展。由于美国特殊的国家发展轨迹，荒野和自然在美国环境观念中占据重要位置，环境思想的产生也得益于知识分子们在广袤土地和无尽荒野中的沉思。早期殖民者常常把自然与蛮荒联系在一起，未经开垦的自然对初到美国的欧洲殖民者的生存产生着威胁，荒芜的不毛之地是文明生活的对立面，对人类充满着敌意，因此人们需要征服和开拓自然，将其变为有利于人们生产生活的存在，所谓的拓荒精神就是在这一时期形成的。早期殖民者还在为如何在新大陆生存下来而挣扎，根本无暇去欣赏自然之美，而是将自然与野蛮、无序和危险相联系。
    到了19世纪，美国人对自然的态度发生变化。随着工业化的进一步发展，东部的荒野地区逐渐被开垦完毕，人造空间的增多使人们对自然空间的兴趣被唤起。生活在东部的知识分子如爱默生、梭罗等超验主义哲学家形成了与以往不同的自然观。他们认为，自然具有神性，是人与上帝沟通的媒介，在宇宙中处于重要的位置。人需要在自然中寻求精神真理，获得身心的澄澈和灵魂的滋养。19世纪下半叶美国工业化和城市化速度加快，城市环境逐渐恶化，污染问题严重。浓烟滚滚、环境肮脏的城市与空气清新、青山碧水的自然形成鲜明对比，人们对自然的渴求和对自然之美的欣赏也前所未有的强烈。人们憧憬能够短暂逃离匆忙的都市生活，在户外与草木、水流和阳光亲密接触。于是，在城市中产阶级中，对宁静自然的向往和对喧嚣城市的厌倦萌生了一场“回归自然运动”。这场运动的宗旨便是在工业化社会中寻找自然之于人类精神层面的意义，寻找自然和都市的和谐共处之道。带着对阿卡狄亚式生活向往，改革者们开始思索如何在城市中保留一片自然空间，使生活在钢筋水泥中的都市人也有机会享受自然之美。受到欧洲城市公园思想的启发，自然在美国城市规划中也占据了一席之地，公园和绿化带开始成为城市中的一部分，自然山水出现于钢筋水泥之间。一大批城市公园和绿道在19世纪晚期至20世纪早期建立起来，代表性的有纽约中央公园、波士顿城市大公园体系和旧金山金门公园等。在工业化和城市化高速发展的背景下，知识分子和精英阶层就自然空间和城市文明如何和谐存在这一问题进行了探索，而城市公园的建立正是这一探索的外在表现之一。
    除了人类生态观念和环境思想的演进对环境改造的指导之外，科技的进步和革新在城市环境变迁中也发挥着重要作用。南北战争后的美国，工业化进程前所未有之快。伴随着经济高速增长，城市化带来的各种问题显现，如住房拥挤、垃圾成堆、水污染、烟雾、噪音等深深困扰着城市居民。在19世纪中期的华盛顿，人们随意将工业和生活垃圾倾倒于街上或空地，废物未经处理便直接排入临近的河流、湖泊等水域，牲畜在街上肆意乱窜。除了卫生管理措施的不善，环卫技术的落后是造成这一局面的重要原因。比如，对于废物的处理方式仅限于移除丢弃和简单回收利用其有机部分，被抛至河流的废物会阻塞、污染水流，而用未经处理的有机垃圾填补道路、用作肥料或者动物饲料会对人类健康造成威胁。
    针对这些情况，人们开始思索如何突破技术屏障，寻求新的环卫技术来解决现实问题。于是，政府聘请了一大批工程师负责基础设施建设，包括供排水系统的修建、垃圾和废弃物的收集处理等。为了解决垃圾处理问题，美国工程师借鉴欧洲的技术，在1885年建造了美国第一个垃圾焚烧炉。垃圾的再利用水平也逐步提高，人们开始从垃圾中提取氨、油脂和残渣等用作肥料，使垃圾变废为宝。这一时期在工程师的努力下，覆盖全市范围的自来水管道逐渐进入城市家庭和商业场所，取代了井水、泉水等本地水源，人们的用水变得更加洁净便捷。同时，排水系统也发生着进步和革新——下水管道和冲水厕所取代了粪池。工程师们根据各个城市不同的情况，设计了不同的地下排水系统，其中最为著名的是工程师乔治·E.韦林的“韦林系统”。这是美国第一个将雨水径流与污水相分离，使其分别进入不同排水管道的下水系统，这样的设计有助于污水的定期排放，从而减少流行病的发生。
    得益于科技的进步和创新，城市环境得到明显改善，街道变得更加整洁，垃圾得到有效处理，流行病和自然灾害的发生率也大大降低。城市作为一个有机体，须吐故纳新才能维持其生机和活力，人类环卫技术的革新使城市的新陈代谢更加顺畅，城市居民的生活更为适宜。
    人和自然的关系并不总是矛盾冲突的，早期环境史学家多持“衰败论”，强调人类是自然的入侵和破坏者，这样的观点有失公允。在历史上，人类环境观念和科技的发展也对城市环境的塑造起到持续的积极作用。20世纪后期世界上纷纷出现的“绿色城市”“可持续城市”正是人类探求城市文明与自然和谐存在的成功范例。与其他生物一样，人类作为一种生物需要创造适合自己生存和发展的环境，而如何在缔造自己生境时不影响其他有机体的生存状态，如何与自然相互适应，实现人类与自然和谐共生，是一个值得长期追寻的命题。需注意的是，即使人类对环境的认知通过实践有力地塑造着城市环境，各种非人为的环境因素在城市环境的塑造中也扮演着重要角色，自然力作为一种强大且客观存在的力量对城市环境的影响从未停止过。自从人类出现于地球上，地球历史的演进一直都是人类力量和自然力量相互作用的过程。
    （作者单位：上海师范大学光启国际学者中心）